热界面材料结构制造技术

在一个示例中，公开了一种热界面材料(TIM)结构。该TIM结构包括第一热界面材料层和第二热界面材料层。该第二热界面材料层与该第一热界面材料层重叠。

Thermal Interface Material Structure

In one example, a thermal interface material (TIM) structure is disclosed. The TIM structure includes the first thermal interface material layer and the second thermal interface material layer. The second thermal interface material layer overlaps with the first thermal interface material layer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热界面材料结构
本专利技术涉及热界面材料领域。
技术介绍
热界面材料的实例包括热油脂，导热垫和热凝胶，以及许多其他材料。热油脂价格便宜，并且在薄粘合线上提供良好的间隙填充能力和高导热性。然而，在使用中短期到长期的油脂泵送导致界面空隙和高应变区域的热降解。导热垫具有出色的导热性，使用非常方便，无需模板或分配工艺。然而，导热垫在一系列负载条件下具有有限的可压缩性和间隙填充能力。热凝胶在薄粘合线上提供良好的间隙填充能力和高导热性。此外，消除了热油脂固有的泵送现象。然而，与热凝胶相关的缺点包括需要等离子体清洁表面，适当的固化方案，以及适当的材料储存和处理，以最小化高应变区域中潜在的使用中材料粘附损失和热降解。这些工具和过程控制很昂贵。
技术实现思路
根据一个实施例，公开了一种热界面材料(TIM)结构。TIM结构包括第一热界面材料层和第二热界面材料层。第二热界面材料层与第一热界面材料层重叠。根据另一实施例，一种装置包括电子元件，传热元件和设置在电子元件和传热元件之间的热界面材料结构。热界面材料结构包括第一热界面材料层和与第一热界面材料层重叠的第二热界面材料层。根据另一实施例，一种方法包括选择性地将间隙填充材料施加到传热元件的表面以形成第一热界面材料层。该方法还包括将固体导热垫施加到第一热界面材料层以形成热界面材料结构的第二热界面材料层。热界面材料结构包括一个或多个重叠区域，其与第一热界面材料层和第二热界面材料的层重叠相关联。通过如附图中所示的本专利技术的示例性实施例的以下更具体的描述，本专利技术的前述和其他目的，特征和优点将变得显而易见，其中相同的附图标记通常表示本专利技术的示例性实施例的相同部分。附图说明现在仅通过示例的方式参考附图描述本专利技术的实施例，附图中：图1A是描绘根据一个实施例的热界面材料结构的示例图，所述热界面材料结构包括具有重叠区域的至少两个热界面材料层。图1B是描绘本公开的TIM结构和其他TIM结构的TIM热性能比较的示图。图2是描绘根据一个实施例的模板设计的示例图，该模板设计用于基于特定电子元件的位置识别热界面结构中的不同热界面材料的位置。图3A是根据一个实施例的热界面材料结构的示例的侧视图，该热界面材料结构包括具有重叠区域的至少两个热界面材料层并被应用到散热器基座。图3B是根据一个实施例的在将散热器应用于裸芯片模块之后的图3A的示例性热界面材料结构的侧视图。图4是热界面材料结构的第一示例的顶视图，该热界面材料结构包括在将热界面材料结构应用于电子元件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。图5是热界面材料结构的第二示例的顶视图，该热界面材料结构包括在将热界面材料结构应用于电子元件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。图6是热界面材料结构的第三示例的顶视图，该热界面材料结构包括在将热界面材料结构施加于电子元件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。图7是热界面材料结构的第四示例的俯视图，该热界面材料结构包括在将热界面材料结构施加子组件之前具有重叠区域的两个热界面材料层。图8是示出形成热界面材料结构的过程的特定实施例的流程图，该热界面材料结构包括具有重叠区域的至少两个热界面材料层并将该热界面材料结构应用于电子设备。具体实施方式本公开描述了热界面材料(TIM)结构，其利用两种(或更多种)合规材料，在材料之间具有一个或多个重叠区域。在一些情况下，本公开的TIM结构可以用于电子设备表面和散热元件之间存在高度可变和大的物理间隙的封装应用，例如可能存在于直接芯片/散热器/散热器硬件电子封装中。有若干优点与具有本公开的重叠区域的TIM结构相关联。例如，本公开的TIM结构可以减轻或消除高功率设备下的薄粘合线区域的油脂泵送或凝胶分层潜力。作为另一个例子，本公开的TIM结构可以消除昂贵且复杂的处理(不需要等离子体，不需要固化)。此外，本公开的TIM结构可以使得能够容易地返工，可以实现水冷系统(特别是如果使用间隙填充垫)的现场更换，可以消除严格的模具表面清洁度要求，并且可以通过工艺简化提供显著的成本降低。此外，本公开的TIM结构的间隙填充材料或导热垫还可以提供阻尼以防止器件损坏。在一些情况下，本公开的TIM结构可以与存在于普通散热器或散热器表面上的第三TIM解决方案一起使用。作为说明性的非限制性示例，本公开的热界面材料结构可用于冷却具有复杂，大型，无盖的高功率(例如，300W)图形处理单元(GPU)卡组件。采用直接散热器连接解决方案的2.5D或3-D硅上硅(SOS)有机层压封装。为了说明，SOS封装可以是球栅阵列(BGA)模块(例如，55mm)，其具有与C4连接的大(例如，40mm×29mm)硅中介层，其也C4互连多个堆叠的存储器硅芯片器件(HBM)和为了应变消除和后续处理而封装在一块砖中的大(例如，25+mmx25+mm)高功率GPU硅芯片器件。由于模块载体和驻留的SOS结构之间的热膨胀系数(CTE)不匹配，该模块封装在制造之后可能产生相当大的“弯曲”。这样，整个模块封装经过封装的SOS结构的背面研磨，以提供足够平坦的设备，用于随后的卡连接。然而，在将BGA载体焊接到电路板上作为原始设备制造商(OEM)构造的一部分之后，由于硅和有机载体之间类似的CTE不匹配，在没有大量加强元件(如模块盖)的情况下，相当大的弯曲可能会返回到模块/卡组件。在该封装中可能存在大的、不平坦的条件(例如，大约150-250微米)并且可能对创建可以有效地接触硅设备表面和相应的散热器(其也可能具有一些较小的不平坦表面条件)的稳定，高性能，可靠的热界面构造产生重大挑战。这种大的、不平坦状态可能产生大的气隙，必须用导热界面材料填充，以确保令人满意的热量提取和有效的冷却。然而，界面的区域也可能形成极窄的热界面间隙，其中翘曲凸起装置的突出特征与更合理平坦的散热器(heatspreader)或散热器(heatsink)表面上的高点配合。如上所述，可得到若干热界面材料选项，每种都具有某些限制。尽管可以在表面涂覆导热油脂以填充大而可变的间隙作为低成本的TIM解决方案，由于材料中产生的高应变以及与功率循环/老化相关的硬件形状变化导致的材料位移，这些材料倾向于从小间隙区域泵出。结果，由于这些泵送效应，在界面处由于TIM材料的损失而在部件的寿命期间可能出现显着的热降解。在上述示例GPU施加的情况下，高功率GPU设备是结构中的高点并且如果使用油脂则形成非常薄的油脂粘合线的区域并且因此最容易被油脂泵送。在较厚的界面粘合线上也观察到这些材料中显着的热性能损失，因为当材料存在于较厚的界面间隙中时，存在于润滑脂配方中的掺入的高导热率颗粒不会紧密接触。多个软热间隙填充材料也以垫或可分配的形式存在，但是这些材料通常是低热性能构造，其不适合于冷却GPU装置。高性能TIM垫，例如石墨或石墨/硅树脂复合物或软图案化铟金属垫，也存在，但是具有有限的顺应性并且不能填充大间隙(例如，高达150-250微米)。这些垫中的一些需要非常高的负载才有效，并且不适合2.5D/3DSOS或裸芯片1D硅封装上的负载限制以防止器件损坏。然而，这些材料在其可行的粘合线/间隙填充能力范围内往往具有更一致的热性能。高性能可分配的硅氧烷或其它有机弹性体材料凝胶也可填充大范围的间隙，然后进行后分配固化，以避免与导热油脂相关的泵送问本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热界面材料(TIM)结构，包括两种不同的热界面材料，包括：第一热界面材料层；和第二热界面材料层，其与第一热界面材料层重叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.27 US 15/193,1861.一种热界面材料(TIM)结构，包括两种不同的热界面材料，包括：第一热界面材料层；和第二热界面材料层，其与第一热界面材料层重叠。2.根据权利要求1所述的TIM结构，其中所述第一热界面材料层包括导热油脂材料。3.根据权利要求1所述的TIM结构，其中所述第一热界面材料层包括导热凝胶材料。4.根据权利要求1所述的TIM结构，其中所述第二热界面材料层包括固体导热垫。5.根据权利要求4所述的TIM结构，其中所述固体导热垫包括石墨垫。6.一种装置，包括：电子元件；传热元件；和设置在所述电子元件和所述传热元件之间的热界面材料结构，所述热界面材料结构包括两种不同的热界面材料：第一热界面材料层；和与所述第一热界面材料层重叠的第二热界面材料层。7.如权利要求6所述的装置，其中，所述电子元件包括裸芯片模块。8.如权利要求6所述的装置，其中：所述电子元件具有可变的平坦度轮廓；和所述第二热界面材料层在基于可变平坦度轮廓识别的一个或多个重叠区域处与所述第一热界面材料层重叠。9.根据权利要求8所述的装置，其中所述第一热界面材料层包括导热油脂材料，所述导热油脂材料的厚度足以填充所述所述电子元件和所述传热元件之间的间隙，所述间隙与所述可变平坦度轮廓相关联。10.根据权利要求6所述的装置，其中所述电子元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·霍夫梅耶，P·曼，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US